玻璃纤维的生产工艺及应用

摘要在广义范围来说，我们对于玻璃纤维的认识一直停留在它是一种无机非金属材料，可是随着研究的深入，我们知道实际上的玻璃纤维的种类有很多，而且性能优异，有很多突出的优点。比如说它的机械强度就特别高还有抗热、抗腐蚀效果也特别好。诚然，任何材料都不是完美的，玻璃纤维也有它自己无法令人忽视的缺点，就是它不耐磨而且容易发生脆裂。所以实际应用时我们要扬长避短。玻璃纤维的原料获取简单，主要是废弃的旧玻璃或者玻璃制品，玻璃纤维特别细，20多根玻璃单丝组在一起才相当于一根头发的粗细。玻璃纤维通常可以在复合材料中作为增强材料来使用,由于近些年来人们对玻璃纤维研究逐渐加深,使得它在我们生产生活中扮演了越来越重要的角色。本文主要研究玻璃纤维的生产工艺及应用,介绍了玻璃纤维纤维的性质、主要成分、主要特点、材料分类、生产工艺、安全防护、主要用途、安全防护、产业现状、发展前景。关键字:特点;生产工艺;应用;发展前景abstractInbroadscope,ourunderstandingoftheglassfiberhasbeenstuckinitisakindofinorganicnonmetalmaterial,butwiththedeepeningoftheresearch,weknowthatinfacttherearealotofthekindsofglassfiber,andexcellentperformance,therearemanyoutstandingadvantages.Likeitisreallybetterthanhighmechanicalstrengthandheat-resistant,corrosioneffectisalsoverygood.True,anymaterialisnotperfect,theglassfiberhasnotignoreitsownshortcomings,isitnotembrittlementresistantandeasytooccur.Soweshouldfosterstrengthsandcircumventweaknessesinactualapplications.Glassfiberrawmaterialforsimple,mainlyabandonedoldglassorglassproducts,glassfiberisparticularlyfine,morethan20withglassmonofilamentgrouptothethicknessofequivalentofahumanhair.Glassfibercanusuallybeusedasreinforcedmaterialinthecompositematerial,becauseinrecentyears,peoplegraduallydeepeningresearchonglassfiber,makeitinourproductionhasplayedanincreasinglyimportantroleinthelife.Thispapermainlystudiestheproductiontechnologyandapplicationofglassfiber,thispaperintroducesthepropertiesoffiberglassfiber,maincomponent,maincharacteristics,materialUSES,safetyprotection,industrypresentsituation,developmentprospect.Keywords:characteristic;Theproductionprocess;Application;Prospectsfordevelopment绪论1.1玻璃纤维性质熔点：680℃分子结构：沸点：1000℃密度：2.4~2.7g/cm3玻璃纤维还有一个极为优越的特点，就是抗拉强度很大，在标准状态下可以达到6.9g/d，在湿润的情况下也可以达到5.8g/d，这样优良的性质，使得玻璃纤维经常可以作为增强材料来普遍使用。它的密度为2.54。玻璃纤维也十分耐热，在300℃时它仍旧能够保持正常的性质。玻璃纤维有时还可以做为绝热材料和屏蔽材料来广泛使用，这都归功于它的电绝缘性，而且不能轻易被腐蚀。1.2主要成分玻璃纤维的成分较为复杂，一般大家比较认可的有二氧化硅、氧化镁、氧化钠、氧化硼、氧化铝、氧化钙等主要成分,。玻璃纤维的单丝直径10微米左右,相当于头发丝直径的1/10,每束纤维都是由千百跟单丝组成,根据玻璃纤维的用途各异,纤维的单丝直径有略微差距,拉丝工艺稍有不同。通常情况下,玻璃纤维中二氧化硅的含量占50%~65%。三氧化二铝含量超过20%的玻璃纤维拉伸强度相对较高,通常为高强度玻璃纤维,而无碱性玻璃纤维的三氧化二铝含量一般为15%左右。如果想要使玻璃纤维具有较大的弹性模量，那么必须确保氧化镁的含量大于10%。因为含有少量四氧化三铁的玻璃纤维,其耐腐蚀性能均有不同程度的提高。1.3主要特点1.3.1原料及应用相比于无机纤维玻璃纤维的性能更加优越。它较难点燃，耐热，隔热，较稳定，抗拉。但较脆,耐磨性较差。用来制造增强性塑料或用来增强橡胶,作为补强材料玻璃纤维具有以下几个特点：(1)它的拉伸强度比其它材料都好，但是伸长率却很低。(2)弹性系数较为适合。(3)在弹性限度内，玻璃纤维能够延伸较长，而且十分抗拉，所以面对冲击时，它能够吸收较大的能量。(4)由于玻璃纤维是无机纤维，所以无机纤维所具有的优点，它也有很多，不易燃烧且化学性质较为稳定。(5)不易吸水。(6)耐热且性质较稳定不易反应。(7)它的加工性很好,可加工制作成为股、毡、束、织布等形态各异优良产品。(8)能够透光。(9)因为材料容易获取，所以价钱不贵。(10)在高温下，没有燃烧，反而融化成液体小珠。玻璃纤维1.4分类根据不同的分类标准，玻璃纤维可以分成很多种。根据不同的形态和长度，能够划分出连续纤维，纤维棉和定长纤维三种。根据不同的成分，例如含碱量的多少，可以划分成无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维三种。1.5生产原料在实际工业生产中，为了产出玻璃纤维，我们需要氧化铝、石英砂、石灰石、叶蜡石、白云石、纯碱、芒硝、硼酸、萤石、磨碎的玻璃纤维等。磨碎的玻璃纤维1.6生产方法工业上的生产方法可以分两大类:一类是先把玻璃纤维熔融，然后再制成直径较小的球状或者棒状玻璃制品。然后再用不同种方式加热重新熔融后制成直径3~80μm的细纤维。另一类也是先将玻璃熔融，不过制成的是玻璃纤维而非棒状或者球状制品。再将样品通过铂合金板，利用机械拉丝发来拉出。拉所得的制品称为连续纤维。如果通过辊筒装置拉出纤维，那么所得的制品就称为非连续纤维,也称之为定长玻璃纤维,和短纤维。1.7分级根据玻璃纤维不同的组成、用途和性质,分成各种不同的级别。国际上已经商品化的玻璃纤维其成分如下:1．7.1E-玻璃它是硼酸盐玻璃，日常生活中人们也叫它无碱玻璃,由于它的许多优点使得它应用最为广泛。它是目前应用最为广泛虽然被广泛应用，但它也有不可避免的缺点。它容易和无机盐发生反应，所以在酸性环境中较难存放。1.7.2C-玻璃实际生产中也叫中碱玻璃,它的化学性质较为稳定，耐酸性较好。它的缺点就是机械强度不高，电气性能差。不同的地方有不同的标准，在国内玻璃纤维产业中，中碱玻璃中没有硼这个元素。但是在国外玻璃纤维产业中，它们所生产的则是含有硼的中碱玻璃。不仅含量不同，同样的是中碱玻璃在国内外所担任的角色也不一样。国外所生产的玻璃纤维表面毡和玻璃纤维棒应用了中碱玻璃。在生产中,沥青当中也有中碱玻璃活跃的身影。在我国，客观原因由于它价格十分低廉，所以被应用的十分广泛，在包扎织物和过滤织物产业中到处都活跃着它的身影玻璃纤维棒1.7.3玻璃纤维A玻璃在生产中，人们也叫它也高碱玻璃,它属于钠硅酸盐玻璃,但是由于它的不耐水，它一般不被生产成为玻璃纤维。1.7.4玻璃纤维D玻璃它也被叫做介电玻璃,一般是介电玻璃纤维的主要原料。1.7.5玻璃纤维高强玻璃它的强度比无碱玻璃纤维高出1/4，它的弹性模量比E-玻璃纤维的还要高，由于它的种种优点，本应该被广泛应用，但却因为它造价很高，目前也仅在一些重要领域得到应用，像是军工，航天等。1.7.5玻璃纤维AR玻璃人们也叫它耐碱玻璃纤维,它是纯无机纤维，在玻璃纤维增强混凝土中作为增强材料。在一定条件下，甚至可以代替钢材和石棉。1.7.6玻璃纤维E-CR玻璃它是一种经过改进之后无硼无碱玻璃,由于其耐水性比无碱玻璃纤维高了将近10倍，所以在生产耐水制品中得到广泛应用。并且，它的耐酸性也极强，在地下管道的生产应用中占据了主导地位。除了上述所提到的较为普遍的玻璃纤维，现在，科学家们又研制出了一种新型的玻璃纤维。由于它是无硼制品，满足了人们对保护环境的追求。近年来，还有一种玻璃纤维比较热门，它就是双玻璃成分的玻璃纤维，在现在的玻璃棉制品中，我们可以感知它的存在。1.8玻璃纤维的识别分辨玻璃纤维的方法特别简单，就是将玻璃纤维放入水中，加热直到水变开，保持6-7小时，如果发现玻璃纤维的经向和纬向变得不那么紧凑，那就是高碱玻璃纤维。按照不同的标准,玻璃纤维的分类方法很多,一般从长度和直径、组成和性能两个角度来划分。第二章玻璃纤维的生产工艺在我们生产中，连续玻璃纤维生产工艺,主要为坩埚法拉丝工艺和池窑拉丝工艺这两种。2.1坩埚法拉丝工艺坩埚拉丝工艺是二次成型工艺的一种,主要是先把玻璃原料加热直到熔融状态，把熔融后的液体制成球状物。再把所得的球状物再次熔融，拉制成丝。但是这种方法也有它不能忽视的缺点，在生产中会产生大量的消耗，所得产物不稳定，产率较低等。其原因不单单是由于坩埚拉丝工艺生产的固有容量小,工艺不易稳定,更是与所采用的落后的生产过程的控制技术有极大的关联。所以,就目前来说,坩埚拉丝工艺来控制的产品,控制技术这个原因对产品质量影响最为显著。玻璃纤维工艺流程图一般来说,坩埚的控制对象主要分为三种:电熔控制、漏板控制、加球控制三个方面。在电熔控制中，人们普遍采用恒流仪表，但是也有一部分采用恒压控制，这两种方式都可以。在漏板控制中，人们在日常的生活生产中大多用的是恒温控制，但是也有部分采用恒温控制。而对于加球控制来说，人们则更加倾向于间歇加球控制。在人们日常的生产中，这三种不方式已经足够，但是对于有着特殊要的玻纤细纱来说,这些控制方式仍然是存在一些缺点的,例如漏板的电流和电压的控制精度不好掌握,漏板的温度波动很大,所生产的纱线密度的波动很大。或者一些现场应用仪表没有与生产工艺结合较好,没有有针对性的从坩埚法的特点来入手制定控制方式。亦或者它容易出现故障,稳定性不是很好。以上种种例子表明在生产生活中需要精密控制,认真研究,努力提高玻璃纤维制品的质量。2.1．1控制技术的主要环节2.1.1.1电熔控制首先要明确保证流进漏板内液体的温度保持均匀稳定,并且保证正确合理坩埚的结构,电极的布置,加球的位置和方式。所以,在电熔控制中,最重要的是保证控制系统稳定。电熔控制系统采用智能的控制仪、电流变送器和电压调整器等,根据实际情况,采用4位有效数字的仪表来降低成本,电流则采用有独立有效值的电流变送器。实际生产中,根据效果,在采用这个系统来恒流控制中,在较为成熟合理的工艺条件基础上,流入液槽的液体温度能够控制在±2摄氏度之内,所以经研究发现它的可控制性较好,已接近于池窑拉丝工艺。电熔控制原理图2.1.1.2漏板控制为了保证漏板控制的有效进行，人们所采用的装置都是恒温恒压且性质较为稳定的,为了使得输出功率达到所需要的数值，则采用性能更加好的调节器，,取代了传统的可控硅触发回路;为了保证漏板的温度精度很高而周期震荡的幅度小,则采用了5位精度很高的温度控制器。使用独立的高精度的有效值变压器,保证了即使在恒温控制时电信号能够不失真，系统具有较高的稳态。漏板控制原理图2.1.1.3加球控制在目前的生产中,坩埚拉丝工艺的间断式